Широкополосный лямбда зонд принцип работы


Лямбда-зонд — Википедия

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик остаточного кислорода (например, в выпускном коллекторе двигателя или дымоходе отопительного котла). Позволяет оценивать количество оставшегося не сгоревшего топлива либо кислорода в выхлопных газах. Данные показания позволяют приготовлять оптимальную воздушно-топливную смесь, а также снижать количество вредных для человека побочных продуктов процесса сгорания.

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины, одновременно являющейся катализатором окислительно-восстановительных реакций. Один из электродов омывается горячими выхлопными газами (внешняя сторона датчика), а второй — воздухом из атмосферы (внутренняя сторона датчика). Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры выше 300°C. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а гальваническая ячейка начинает работать. Для работы датчика атмосферный кислород нужен в очень небольшом количестве, поэтому, в целом герметичный для воды, датчик делается таким образом, чтобы кислород немного попадал внутрь со стороны проводки.

Если при работе двигателя и датчика ионы свободного кислорода присутствуют лишь с внутренней стороны элемента, то есть имеется лишь атмосферный кислород, то разогретая ячейка самостоятельно начинает генерировать ЭДС, а значит, на блок управления с датчика начинает поступать электрический ток с определённым напряжением. Это означает для ЭБУ автомобиля, что смесь была «богатой». На практике этому соответствует примерно 0,8-0,9 вольт. Если свободный кислород появляется в составе выхлопа с внешней стороны датчика, то выработка ЭДС снижается, а если кислорода достаточно много, то полностью прекращается, то есть кислород из выхлопа блокирует работу ячейки. Это означает для ЭБУ, что смесь была «бедной». На практике этому соответствует примерно 0,1-0,2 вольт. Если ЭДС стремится к нулю, то это означает что смесь абсолютно бедная, например в двигатель не поступает топливо. Напряжение с датчика 0,45 вольт считается оптимальным, и свидетельствует, что сжигаемая смесь обладает стехиометрическим соотношением топлива и воздуха.

Конструктивно, датчики делятся по числу проводов и наличию подогревательного элемента. Датчики без нагревательного элемента используют 1 или 2 провода, с нагревательным элементом — 3 или 4 провода. Первое поколение датчиков разогревалось лишь от выхлопных газов, поэтому начинало давать сигнал сравнительно поздно после старта двигателя. Появившиеся позже датчики с нагревательным элементом стали выводить датчик в рабочее состояние очень быстро, что отвечало возросшим требованиям экологии, а также позволяло использовать датчик, когда температуры выхлопных газов оказывалось недостаточно.

В начале работы, после запуска мотора, лямбда-зонд не выдаёт показаний, и ЭБУ вынужден использовать только карты впрыска, прописанные в нём. Это режим работы без обратной связи, и коррекции топливной смеси по лямбда-зонду в этом режиме нет. Когда с датчика появляется сигнал, то ЭБУ автомобиля переходит в режим работы с обратной связью, при котором исходные топливные карты корректируются с учётом показаний с лямбда-зонда в режиме реального времени.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения воздушно-топливной смеси.

Работа датчика не линейна во времени, показания отклоняются от оптимального очень быстро, поэтому ЭБУ вынужден постоянно корректировать смесь. При этом двигатель редко работает на идеальном стехиометрическом составе смеси, однако смесь постоянно стремится к достижению идеальной пропорции. Лямбда-зонд не сообщает о том, сколько именно кислорода в выхлопных газах, он сигнализирует о том, есть ли свободный кислород в выхлопе или нет. Факт наличия свободного кислорода и означает, что топлива в смеси должно быть больше, поскольку часть кислорода не вступила в реакцию. И наоборот, если кислорода нет или очень мало, то требуется уменьшить подачу топлива, тем более, что если топлива окажется слишком много, то это приведёт к появлению сажи и так называемого «грязного» выхлопа. В реальности, достичь и долго удерживать идеальную стехиометрическую смесь невозможно, так как существует множество факторов, постоянно влияющих на смесеобразование и её сгорание. Поэтому, целью является не само достижение стехиометрического соотношения, а стремление к этому, путём постоянной коррекции смеси и пребывания её поочередно то в "условно-бедном", то в "условно-богатом" состоянии, не отдаляясь от оптимального состава. Правильность работы датчика даёт возможность максимально сократить разницу между реальным соотношением воздуха/топлива и стехиометрическим.

График вольтажа с датчика обычно имеет вид синусоиды с довольно резким переходом от верхних значений к нижним, и наоборот. Принцип цикла таков: датчик сообщил, что смесь "бедная" — ЭБУ начинает постепенно добавлять топлива; далее датчик сообщает, что смесь стала "богатой" — ЭБУ начинает уменьшать подачу топлива, и так постоянно, пока активна обратная связь. Изменение подачи топлива (как реакция на показания лямбда-зонда) обычно выполняется с использованием двух переменных в ЭБУ — «долгая» коррекция и «краткая» коррекция, и они заложены в стандарт диагностики OBD-II. Краткая коррекция позволяет смеси следовать за датчиком сиюсекундно. Долгая коррекция вычисляется ЭБУ на основании анализа краткой коррекции, и нужна для того чтобы сдвигать всю коррекцию, фактически подстраиваясь под особенности и состояние конкретного образца мотора. Каждая коррекция может изменять впрыск в установленных производителем пределах, и если сумма долгой и краткой коррекций выйдет за общий предел, то обычно ЭБУ сигнализирует об ошибке смесеобразования с помощью индикатора «check engine». ЭБУ обычно использует режим работы с обратной связью по лямбда-зонду до определённого процента расчётной нагрузки на мотор. Далее ЭБУ временно прекращает режим коррекции, так как возникает вероятность неэффективной коррекции, и в этих условиях использование карт впрыска оказывается предпочтительным.

Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН[неизвестный термин] в катализаторе, для более точного регулирования может использоваться и второй лямбда-зонд, расположенный за катализатором или внутри него.

Разновидность кислородного датчика.

Основная разница зонда с широким диапазоном измерения по отношению к обычным узкополосным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет своё направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов. Датчик типа LSU при погружении в несгоревшую смесь, содержащую одновременно и топливо и кислород, будет указывать «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать «избыток топлива».

Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика Ipn и соответствующие значения λ[1]:

Ipn, мА −5.000 −4.000 −3.000 −2.000 −1.000 −0.500 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 4.000
λ 0.673 0.704 0.753 0.818 0.900 0.948 1.000 1.118 1.266 1.456 1.709 2.063 2.592 5.211

Основным преимуществом широкополосного зонда по отношению к узкополосному является устранение циклического перехода дискретных показаний "бедная смесь - богатая смесь". Блок управления получает информацию о степени несоответствия смеси оптимальному значению, и это ему позволяет точнее и быстрее корректировать смесь для достижения её полного сгорания без свободного кислорода.

ru.wikipedia.org

устройство, принцип работы, неисправности. Широкополосный лямбда-зонд :: SYL.ru

Ежегодно в мире ужесточаются экологические нормы. Сейчас каждый автомобиль укомплектован системой фильтрации отработавших газов. И если на дизельных моторах эту функцию выполняет сажевый фильтр и система SCR, то на бензиновых все несколько иначе. Здесь используется каталитический нейтрализатор. Именно он преобразует вредные металлы в экологически чистые оксиды. Однако его работа и эффективность зависима от электроники. Так, в конструкции автомобиля можно встретить широкополосный датчик кислорода. Что это за элемент, как он работает, как устроен и можно ли его проверить своими руками? Ответы на эти вопросы узнаете в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Что это за элемент? Широкополосный лямбда-зонд – это устройство, которое отвечает за измерение количества кислорода в выхлопных газах автомобиля. Благодаря работе данного элемента обеспечивается наиболее правильное смесеобразование и, как следствие, оптимальная и стабильная работа двигателя на всех его режимах. Процесс управления концентрацией кислорода в газах называют лямбда-регулированием.

Сам название «лямбда» происходит от греческого символа λ. В автомобилестроении данным символом обозначается коэффициент остатка воздуха в горючей смеси.

Где находится?

Устанавливается широкополосный лямбда-зонд в выхлопной системе. В зависимости от типа автомобиля, в конструкции может использоваться один или несколько таких датчиков. Так, первый устанавливается до катализатора, второй – после него. Внешне его можно увидеть не всегда. Например, на «Калине» первых поколений данный элемент расположен в районе днища. А начиная со второго поколения кислородный датчик (лямбда-зонд) монтируется прямо в выпускной коллектор, доступ к которому осуществляется из-под капота. Но в любом случае данный элемент будет выглядеть как некая форсунка, что торчит из трубы со жгутом проводов.

Отметим, что на старых автомобилях использовался не широкополосный датчик кислорода, а двухточечный. Он имеет простую конструкцию. Был заменен ввиду необходимости более точных показаний. Ведь чем правильнее смесь, тем более оптимальной будет работа двигателя в разных режимах и нагрузках. Кстати, некоторые устанавливают широкополосный датчик кислорода с показометром. Обычно это цифровой «будильник», который показывает соотношение бензина и воздуха в смеси в режиме реального времени. Зачастую используется для диагностики неисправностей авто. На заводе такой элемент не устанавливается.

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

В основе механизма лежат два чувствительных электрода. Внешний имеет платиновое напыление, благодаря которому электрод сильно чувствителен к кислороду. Внутренний же изготовлен из циркония. Устанавливается датчик таким образом, чтобы сквозь него проходили отработанные газы. Внешний электрод улавливает О2, после чего измеряется потенциал между двумя наконечниками. Чем он выше, тем больше кислорода в системе.

Широкополосный датчик кислорода являет собой усовершенствованную конструкцию двухконтактного механизма. Отметим, что потенциал разницы измеряется под воздействием определенной силы тока.

Как это работает?

Алгоритм действия данного элемента основывается на поддержке определенного напряжения. Оно составляет 0,45 В. Это стабильный показатель между двумя электродами датчика.

При снижении концентрации О2, напряжение между керамическим элементом возрастает. это свидетельствует о наличии обогащенной смеси. Данный сигнал моментально поступает в электронный блок управления. Последний на основаниях этих сигналов создает ток определенной силы на исполнительных устройствах (в том числе на форсунке). Та, в свою очередь, впрыскивает больше (или меньше, в зависимости от показаний) бензина в камеру. Если смесь бедная, датчик сигнализирует об этом ЭБУ таким же образом.

Важная особенность

Стоит отметить, что работа чувствительных наконечников возможна только при достижении температуры в триста градусов Цельсия. Рабочий диапазон керамических электродов составляет от трехсот до тысячи градусов. Но как тогда действует элемент «на холодную»? Ранее на двухконтактных устройствах сигнал формировался от иных датчиков (расхода воздуха, положения заслонки и числа оборотов коленвала). Усредненное значение лямбды поступало на блок и тот формировал готовую смесь. Правда, значения эти были не всегда верными. Это не гарантировало оптимальную и стабильную работу двигателя внутреннего сгорания.

Поэтому в новом поколении датчиков (широкополосного типа) используется специальный подогреватель. Его функция – повысить температуру наконечников. Это необходимо, чтобы устройство включилось в работу сразу же после холодного старта двигателя. При достижении температуры в триста градусов, керамический элемент становится твердым электролитом, который пропускает сквозь себя ионы кислорода, скопившиеся на платиновой электродной сетке.

Нагревательный элемент расположен внутри корпуса датчика и питается принудительно от бортовой сети автомобиля.

Значение лямбды и связь с ДВС

Исходя из всего вышесказанного можно сказать, что работа стабильная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без широкополосного датчика. Именно этот элемент формирует сигнальные значения для ЭБУ, который впоследствии корректирует горючую смесь. Электронный блок является связующим звеном, который не только принимает импульсы, но и подает опорное напряжение 0,45 В на датчик. В зависимости от нагрузки двигателя внутреннего сгорания, режима его работы и рабочей температуры электроника подбирает наиболее оптимальное соотношение воздуха и топлива в смеси.

Считается, что идеальное соотношение – это 14,7 частей кислорода на одну часть бензина. При таком условии значение лямбды будет равно единице. Но не стоит забывать о таком значении, как коэффициент избытка воздуха. Если лямбда показывает выше единицы, значит, смесь будет обедненной. В таком случае в цилиндр поступит больше кислорода. Ежели лямбда ниже одного, значит, ЭБУ будет формировать обогащенную смесь. Так, в цилиндры поступит больше топлива, чем обычно.

Ресурс

Это довольно хрупкий элемент в автомобиле. Замена лямбда-зонда может понадобиться уже через 50 тысяч километров. Но как правило, на таком пробеге изнашиваются датчики отечественных авто. Если говорить об иномарках, замена лямбда-зонда может наступить через 100-120 тысяч километров. Точных цифр никто не регламентирует, поскольку ресурс зависит от многих факторов (вплоть до содержания свинца в бензине).

Признаки

Как определить, что кислородный датчик (лямбда-зонд) требует замены? Узнать это очень просто. Поскольку датчик будет неисправен, на электронный блок заведомо поступят ошибочные сигналы и данные. В результате мотор будет работать нестабильно. Причиной тому является неправильно сформированная топливовоздушная смесь. Неисправность кислородного датчика широкополосного типа сопровождается:

Если появился хотя бы один из вышеперечисленных симптомов, это повод произвести детальную проверку широкополосного датчика кислорода.

Причины неисправности

Почему данный механизм может выходить из строя? Первая причина – это естественный износ. Если пробег автомобиля составил более 50 тысяч километров, ресурс механизма может подойти к концу. Но также датчик ломается по другим причинам:

Разбираем контакты

В отличие от двухконтактного датчика, широкополосный имеет несколько иное устройство.

К нему подводится целая колодка с проводами. За что отвечает каждый из них? Ниже мы расскажем о распиновке широкополосного датчика кислорода:

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, как работает кислородный датчик, как устроен и почему он выходит из строя. Как видите, устроен широкополосный элемент гораздо сложнее, чем двухконтактный. Тем не менее именно такой тип позволяет точно контролировать и правильно готовить топливно-воздушную смесь, не возлагаясь на усредненные параметры. В случае выхода из строя элемент нужно срочно заменить.

Где находится датчик кислорода, мы уже знаем (до и после каталитического нейтрализатора либо в районе выпускного коллектора). При замене могут возникнуть трудности. Резьба часто прикипает, а открутить датчик можно только с использованием универсальных смазок типа ВД-40.

www.syl.ru

Лямбда-зонд, описание, диагностика, проблемы. — DRIVE2

Многие задаются вопросом зачем он вообще нужен, и зачастую наслушавшись безграмотных советов доморощенных *чиптюнеров* стремятся его разными способами удалить из системы. Не буду долго лить всякую теоретическую воду напишу кратко:
-для владельца авто он позволяет экономить бензин как гласит запись из каталога бош (см. рис.) при исправном двигателе, системе управления ну и собственно лямбда зонде (далее ЛЗ) это реальная экономия до 15% топлива, нетрудно посчитать это 1,5 л на 10 л!

-для экологии, ну этот пункт мы пропускаем, ввиду низкой экологической культуры на территории стран бывшего СНГ.
-для нас диагностов, его показания очень важны, так как дают очень много полезной информации о состоянии системы и двигателя в целом, что повышает качество наших выводов.
Описание
Датчики кислорода (см. Рис. 1) сегодня востребованы благодаря постоянно растущим жестким требованиям по токсичности выхлопных газов, и идут рука об руку с каталитическими конвертерами. Один датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе непосредственно перед катализатором. Иногда второй датчик устанавливается в выхлопной системе после каталитического конвертера для того, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.
Получаемая с датчиков информация, показывает, насколько полно происходит сгорание топлива в камерах двигателя внутреннего сгорания. Оптимальные показания получаются, когда соотношение воздуха к топливу составляет 14.7 : 1. Стехиометрическое соотношение воздух/топливо — это когда на 1 килограмм бензина приходится 14.7 килограмм воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания. Фактор избыточного количества воздуха (λ-«лямбда») показывает отношение действительного количества воздуха (в смеси воздух+топливо) к теоретически необходимому. То есть λ = (действительная масса воздуха)/(теоретическая потребность в воздухе).


пояснение к рисунку, заводские сток машины все настраиваются под лямбда =1
спортсмены настраивают под лямбда 0,8-0,9
экономисты всех мастей под лямбда 1,05-1,10
те *чиптюнеры* которые вам пообещают что ваша машина будет валить как болид F1, и в тоже время будет экономной, вас обманывают, так как законы физики и химии никто не отменял!

Рисунок 3. Датчик кислорода в выхлопной трубе
1. Керамическое покрытие
2. Электроды
3. Контакты
4. контакты корпуса
5. Выхлопная труба
6. Керамическая поддерживающая оболочка (пористая)
7. Отработавшие газы
8. Наружный воздух.

Устройство датчика

Датчик кислорода представляет собой гальваническую ячейку (ячейку Нернста) с твёрдым электролитом. В качестве электролита используется газонепроницаемая керамика из диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного оксидом иттрия (YO). C одной стороны (снаружи) он сообщается с выхлопными газами, а с другой (изнутри) — с атмосферой. На внешнюю и внутреннюю сторону керамики нанесены газопроницаемые электроды из тонкого слоя платины.
Платиновый электрод на наружной стороне работает как миниатюрный катализатор, поддерживающий в прилегающем слое поступающих выхлопных газов химические реакции, этот слой в состояние стехиометрического равновесия. Сторона чувствительной керамики, обращенная к отработавшим газам, во избежание ее загрязнения покрыта слоем пористой шпинелевой керамики (Шпинель — минералогическое название тетраоксида диалюминия-магния). Металлическая трубка со щелями предохраняет керамику от ударов и чрезмерных тепловых воздействий. Внутренняя полость сообщается с атмосферой и служит в качестве референсной (опорной) стороны датчика.
Работа датчика основана на принципе ячейки Нернста (гальванической ячейки). Керамический материал пропускает ионы кислорода при температурах от 350oC и выше. Разница в количестве кислорода с разных сторон чувствительной зоны датчика приводит к образованию электрического потенциала (напряжения) между этими двумя поверхностями (внутренней и внешней). Величина напряжения служит показателем того, на сколько количество кислорода на этих двух поверхностях различается. А количество остаточного кислорода в выхлопных газах точно соответствует пропорции между топливом и воздухом, поступающими в двигатель.
Широкополосный λ-датчик кислорода

Этот датчик также использует принцип ячейки Нернста, но устроен по-другому. Его конструкция подразумевает наличие двух камер (ячеек): измерительной и так называемой «насосной» (см. Рис. 7). Через маленькое отверстие в стенке насосной ячейки выхлопные газы попадают в измерительную камеру (диффузионную щель) в ячейке Нернста.

Рисунок . Конструкция широкополосного датчика кислорода непрерывного действия, установленного в выхлопной трубе.
1. Ячейка Нернста
2. Референсная ячейка
3. Подогреватель
4. Диффузионная щель
5. Насосная ячейка
6. Выхлопная труба
Эта конфигурация отличается от обычного датчика с двумя состояниями постоянным поддержанием стехиометрического соотношением воздух/топливо в диффузионной камере. Электронная схема модуляции напряжения питания поддерживает в измерительной камере состав газов, соответствующий λ=1. Для этого насосная ячейка при работе двигателя на бедной смеси и избытке кислорода в выхлопных газах удаляет кислород из диффузионной щели во внешнюю среду; а при богатой смеси и недостатке кислорода в выхлопных газах перекачивает ионы кислорода из окружающей среды в диффузионную щель. Направление тока для перекачивания кислорода в разные стороны тоже отличается.
Так как насосный ток пропорционален концентрации кислорода — он и является показателем величины λ-фактора отработавших газов.

Таким образом, если обычные датчики используют напряжение на ячейке Нернста для прямого измерения и определения одного из двух состояний (λ>1 или λ<1), то широкополосные датчики используют специальную схему, управляющую током «накачки» насосной ячейки. Величина этого тока и измеряется как признак содержания избыточного воздуха в выхлопных газах.
Так как работа датчика уже больше не зависит от ступенчасти в работе ячейки Нернста, то коэффициент избыточного воздуха (λ) может быть измерян в широких пределах от 0.7 до 4. Соответственно, контроль двигателя по λ может работать уже во всем спектре значений (а значит и режимов), а не только в одной точке около λ=1
Встроенный нагреватель обеспечивает рабочую температуру не ниже 600C.
Замкнутая петля лямбдарегулирования

Рисунок . Схема замкнутой петли λ-регулирования качества смеси.
1. Датчик массового расхода воздуха
2. Двигатель
3a. Датчик кислорода 1
3b. Датчик кислорода 2
4. Катализатор
5. Форсунки инжектора
6. Электронный Блок Управления
Vv напряжение управления форсунками
Vs напряжение с датчика
Qe Количество впрыскиваемого топлива
Датчик кислорода передает сигнал (напряжение) электронному блоку управления (ЭБУ) двигателем. Этот сигнал используется системой для обогащения или обеднения смеси в соответствии с величиной напряжения с датчика (см. Рис. 8). Таким образом система обогащает бедную смесь, увеличивая количество впрыскиваемого топлива, и обедняет богатую, уменьшая количество топлива.
Диагностика
Лямбда-зонд сравнивает уровень содержания кислорода в выхлопных газах и в окружающем воздухе и представляет результат этого сравнения в форме аналогового сигнала. Применяются двухуровневые зонды, чувствительный элемент которых выполнен из оксида циркония либо из оксида титана, но на их смену приходят широкополосные лямбда-зонды. При условии сгорания стехиометрической топливо-воздушной смеси, напряжение выходного сигнала лямбда-зонда равно 445…450mV.

Но расстояние от выпускных клапанов газораспределительного механизма двигателя до места расположения датчика и значительное время реакции чувствительного элемента датчика приводят к некоторой инерционности системы, что не позволяет непрерывно поддерживать стехиометрический состав топливо-воздушной смеси. Практически, при работе двигателя на установившемся режиме, состав смеси постоянно отклоняется от стехиометрического в диапазоне ±2…3% с частотой 1…2раза в секунду. Этот процесс чётко прослеживается по осциллограмме напряжения выходного сигнала лямбда-зонда.


осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного лямбда-зонда BOSCH.

Двигатель работает на холостом ходу. Частота переключения сигнала составляет ~1,2Hz.

Проверка выходного сигнала датчика Измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок управления двигателем производит относительно сигнальной «массы» датчика. Сигнальная «масса» двух- и четырёх-проводных лямбда-зондов BOSCH выведена через отдельный провод (провод серого цвета идущий от датчика) на разъём датчика. Сигнальная «масса» одно- и трёх-проводных лямбда-зондов BOSCH соединена с металлическим корпусом датчика и при установке датчика автоматически соединяться с «массой» автомобиля через резьбовое крепление датчика. Выведенная через отдельный провод на разъём датчика сигнальная «масса» лямбда-зонда в большинстве случаев так же соединена с «массой» автомобиля. Встречаются блоки управления двигателем, где провод сигнальной «ма

www.drive2.ru

Всё, что нужно знать о лямбда зондах. — Nissan Primera, 2.0 л., 2006 года на DRIVE2

Эту статью сохраняю скорей для себя и как пособие для тех, кто будет задавать такие частые вопросы по поводу датчиков кислорода (тема довольно актуальная).В предыдущей теме мы говорили о наших катализаторах (здесь : www.drive2.ru/l/1861652/). Теперь же узнаем больше и подробней о лямбда зондах:


Основные положения и функции Кислородного датчика :
Теория.

Жесткие экологические нормы во многих странах мира, стали диктовать количество выбросов вредных веществ, тем самым узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе – катализаторы) – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Катализатор — нужный и ответственный узел автомобиля, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси катализатор умрёт ( потеряет свои основные свойства и функции) очень быстро – для того чтобы, как можно дольше продлить его жизнь и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы L (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива (речь идет о объемном соотношении величин), L равна 1 (график 1). «Окно» эффективной работы катализатора очень узкое: L=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда. Таким образом, Лямбда зонд создан и поставлен инженерами для информирования компьютера, инжекторного автомобиля об отклонении от нормы соотношения топливно воздушной смеси.

График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (L)


Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом ( причем этот способ не является обходным путем, а дает уверенно точные показания ) – определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. Таким образом, происходит регулировка не воздуха, а именно топлива, относительно воздуха, тем самым достигается максимальный процент сгорания топлива в цилиндрах, максимально эффективная работа катализатора, и как следствие максимальный крутящий момент двигателя автомобиля. Причем на большинстве современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд, так же возможна установка дополнительных датчиков работающих в связке (например датчик температуры катализатора, расположен он на выходе катализатора). Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).

Рис. 1. Схема L-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя 1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок управления двигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 – дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.


Как работает Лямбда Зонд ( кислородный датчик )
Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй – воздухом из атмосферы (рис.2). Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

Рис. 2. Схема датчика кислорода на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе 1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба.

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется блоком управления автомобилем ( ЭБУ ) без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97

График 2. Зависимость напряжений лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха (L) при температуре датчика 500-800оС. А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при L=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение О2 в выхлопе).

График 2. Зависимость напряжений лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха (L) при температуре датчика 500-800оС. А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при L=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение О2 в выхлопе). Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили. По мере развития автомобиле строения, так же ужесточаются и нормы экологических выбросов, таким образом мировые законодатели постоянно ужесточают экологические нормы. Это способствовало дальнейшему развитию лямбда зондов: для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев ( кислородные датчики с подогревом ) . Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля (рис. 3).

www.drive2.ru

Широкополосный лямбда-зонд занедорого. Чуда не произошло

В один «прекрасный день» жена сообщила «радостную новость» — в машине загорелся чек. Ремонт своей машины всегда даётся тяжело — за него ж не платят ;)

Диагностика показала неисправность первого лямбда-зонда. А лямбда-зонд тут непростой…


Лог я к сожалению не сохранил, но «сгенерировал» вам вот такую подделку:

Address 01: Engine Labels: 06A-906-033-BGU.lbl
Control Module Part Number: 06A 906 033 CA
Component and/or Version: SIMOS71 1.6l 2VG 5755
Software Coding: 0000071
Work Shop Code: WSC 01279 785 00200
VCID: 60CFC6A5B392304189-8034
3 Faults Found:

17589 — Linear O2 Sensor; Reference Voltage
P1181 — 006 — Open Circuit — MIL ON
Freeze Frame:
RPM: 608 /min
Bin. Bits: 00000100
Voltage: 0.000 V
Voltage: 0.440 V

17511 — Oxygen (Lambda) Sensor Heating; B1 S1
P1103 — 009 — Performance too Low
Freeze Frame:
RPM: 1056 /min
Mass Air / Rev.: 267.1 mg/str
Voltage: 1.940 V
Voltage: 14.28 V

19617 — Linear Oxygen (Lambda) Sensor B1 S1; Pump Current Wire
P3161 — 008 — Open Circuit — MIL ON
Freeze Frame:
RPM: 1216 /min
Bin. Bits: 00100000
Voltage: 5.000 V
Voltage: 0.080 V

Новый оригинальный широкополосник стоит весьма значительных денег, при этом датчик от именитого брэнда NTK только чуть дороже какого-нибудь M&D. Принципы такого ценообразования мне не совсем понятны, а кучу денег вываливать — задушила жаба, плюс — интересно же попробовать чего там китайцы изготовили.

Кратенький «экскурс в теорию», для тех кому это интересно. Лямбда-зонды предназначены для достижения правильной смеси, то есть соотношения воздух-топливо — они выдают блоку управления текущее содержание кислорода в выхлопе, на основании чего ЭБУ понимает текущее соотношение воздух-топливо и корректирует топливоподачу. Изначально они предназначались скорее для поддержания оптимальной смеси для работы катализатора. Первые лямбда-зонды были на основе диоксида циркония — это «керамический электролит». Суть работы лямбда-зонда: это батарейка которая работает на разности содержания кислорода по обе стороны от измерительного элемента. Эти лямбда-зонды достаточно примитивны, они по сути могут говорить только богатая смесь или бедная, соответственно коррекция смеси осуществляется «волнообразно» — богатая? бедним. бедная? обогащаем. и так всё время. Для работы лямбда-зондов требуется определенная температура. Первые шли без подогрева, потом начали делать и датчики с подогревом, что способствует более быстрому выходу на рабочий режим.

Потом появились лямбда-зонды на основе диоксида титана. Эти датчики также «ступенчатого типа», но работают на другом принципе — у них в зависимости от разности содержания кислорода в глушителе и на улице изменяется сопротивление. Баловалась такими датчиками фирма Сименс, применялись они на Опелях, БМВ и некоторых других марках в середине 90х — начале 2000х. Датчики дорогие, потому что редкие. Отличительная особенность — все провода разных цветов, обычно красный-черный-желтый-белый, бывают только 4-проводные. У циркониевых датчиков может быть один, два, три или 4 провода, в последних двух случаях два из них ВСЕГДА одного цвета.

Японцы баловались еще и датчиками обедненной смеси — штука в наших краях крайне редкая и экзотическая. От обычного циркониевого отличается тем, что может работать в том числе и в режимах переобедненной смеси, но на немного другом принципе — ток через датчик в режимах обедненной смеси зависит от концентрации кислорода. Поэтому в режиме нормальной смеси он работает как обычный датчик, а в режиме обедненной смеси на него подается напряжения и контролируется протекающий ток. Если я, конечно, ничего не путаю.

Ну и в итоге производители придумали широкополосные лямбда-зонды. Отличительная внешняя особенность — 5 проводов. Пара картинок: внутреннего устройства и графика зависимости тока от содержания кислорода (ниже опишу что это)


вот что пишет фирма NTK о принципе действия:

Широкополосные датчики имеют две ячейки — измерительную ячейку и ячейку накачки. С помощью измерительной ячейки измеряется содержание кислорода в отработавшем газе, находящемся в камере детекции и затем сравнивается с заданной величиной 450 мВ.

Если эта величина отличается, то ячейка накачки включает ток накачки, при этом в камеру детекции поступают ионы кислорода до тех пор, пока величина напряжения измерительной ячейки не будет снова соответствовать 450 мВ.

Этот ток накачки является измерительной величиной, которая почти линейно описывает точную лябда-величину смеси. При стехиометрической смеси эта величина равна нулю, поскольку частичное давление кислорода в камере детекции соответствует упомянутой заданной величине.


Теперь я поясню грубо и «на пальцах». Датчик отличается от «обычного» наличием ячейки накачки, которая перегоняет кислород извне в измерительную камеру. Вот значение (и направление) этого тока — и есть величина связанная с коэффициентом избытка воздуха λ. Напомню, что λ1 — бедная.

Общая идея работы такова: на проводе Vs поддерживается напряжение 450мВ, путём изменения тока накачки Ip. Величина и направление этого тока показывают состав смеси.

Чуть подробнее о типовой схеме включения: компаратор А сравнивает сигнал кислородной ячейки Vs с эталоном 450мВ и выдает результат на контроллер, который управляет источником тока В для поддержания Vs равного эталонным 450мВ. Этот ток (Ip) измеряется операционным усилителем С по падению напряжения на резисторе 62 Ом и включенном параллельно корректирующем резисторе. Значение этого тока и показывает коэффициент избытка воздуха λ. как они связаны — см график выше.

Широкополосники можно условно разделить на два типа — BOSCH и NTK. У них немного отличается конструкция, в частности, у бошевского датчика присутствует внешний калибровочный резистор, у NTK — нет его. Соответственно, и работа ЭБУ с датчиками тоже немного отличается. Кроме того заметно отличается распиновка датчиков, то есть поставить один вместо другого просто так не получится. Внешне проще всего отличить по цветам проводов: у условного боша будет серый-белый-красный-желтый-черный, у условного нтк — серый-белый-синий-желтый-черный

На этом теоретическую часть я думаю можно закончить и перейти к сути обзора.

Я, как вы знаете, молодец, и конечно же не могу без косяков и приключений. поэтому я при выборе датчика заказал «бош», чему был «страшно рад» (кстати, обзор на аналогичный датчик был). Поэтому был заказан уже правильный датчик, ну и вот он у меня в руках.

Самое сложное — выкрутить старый датчик. стоит он в глушителе и как правило значительно пригорает, что крайне затрудняет его выкручивание. А в данном конкретном автомобиле еще и подлезть к нему — нетривиальная задача. Но мне удалось открутить его прям из моторного отсека, потому что из ямы его и не видно даже толком…

Старый датчик:

Вместе с новым:

Ну и группенфото старого датчика с двумя новыми:

Внешний вид датчиков порадовал. Если бы на них написали бош и нтк — я б пожалуй поверил. Сложилось впечатление, что они, в отличие от оригинала, полностью из нержавейки. На разъеме правильного датчика даже «314» написали, как на оригинале. ;) Единственное отличие — на оригинальном датчике на выходе есть гофра (на фото не видно, спряталась под кембрик), на китайском — провода выходят из датчика без неё. Длина провода как у оригинала.

Вкручиваем датчик, и идём подключать ноутбук и проверять работу.


Коррекции меняются, воздух-топливо меняется, лямбда работает, ошибки не появились.

Счастье однако длилось не долго. Через пару дней начали появляться ошибки по лямбда-зонду:

19058 — Linear Oxygen (Lambda) Sensor B1 S1 Pump Current Trim Circuit
P2626 — 000 — Open
Freeze Frame:
RPM: 1376 /min
Mass Air / Rev.: 87.2 mg/str
Voltage: 5.100 V
Bin. Bits: 00000100
(no units): 0.99
Voltage: 0.000 V

16514 — Oxygen (Lambda) Sensor B1 S1
P0130 — 000 — Malfunction in Circuit
Freeze Frame:

При этом на холостых всё работает отлично, и тесты датчик проходит, но в движении при сбросе газа — увы имеем вот такую картину с большим значением параметра A/F что вроде бы и правильно по логике, но неправильно с точки зрения ЭБУ, и как следствие — вышеприведенные ошибки

Таким образом можно констатировать, что широкополосные датчики — датчики непростые, и могут не работать нормально с некоторыми системами. При этом в данном конкретном случае датчик нормально работает на всех режимах кроме режима принудительного холостого хода (отсечки топлива при сбросе газа). При этом нельзя сказать что датчик работает совсем уж неправильно, но тем не менее такое его поведение не нравится блоку управления и он зажигает лампочку.

На другом блоке управления, другом двигателе, другой машине — «китаец» может и прокатить. Но на двигателе BSE данный датчик работать не захотел. Точнее, с ним не захотел работать блок управления двигателем. Кстати, не исключено что с другой прошивкой — будет работать нормально. Мне же придётся таки купить оригинал (ну, точнее, как «придётся купить оригинал» — собственно, оригинал куплен и установлен, и с ним всё
ок уже пару месяцев)… А эти датчики — я при случае опробую на других машинах, но уже с большой осторожностью, благо знаю что возможны «подводные камни».

mysku.ru

Широкополосные датчики топливовоздушной смеси TOYOTA

Широкополосные датчики топливовоздушной смеси TOYOTA

                                                                  

  Toyota Wide Range Air-Fuel Sensor

Обратим наше внимание на выходное напряжение  датчика B1S1 на экране сканера. Напряжение колеблется в районе 3.2-3.4 вольт.

Датчик способен измерять действительное соотношение топливовоздушной смеси в широком  диапазоне  (от бедной, до богатой).  Выходное напряжение датчика не показывает  богатая/бедная, как это делает обычный датчик кислорода. Широкополосный датчик информирует блок управления о точном соотношении топливо/воздух, основываясь на содержании кислорода в выхлопных газах.

Испытание датчика должно проводиться  совместно со сканером. Тем не менее, существует ещё пара способов диагностики. Исходящий сигнал это не изменение напряжения, а двунаправленное изменение тока (до 0.020 ампер.). Блок управления преобразует аналоговое изменение тока в напряжение.

Это изменение напряжения и будет отображаться на экране сканера.

На сканере напряжение датчика 3.29 вольта с соотношением  смеси AF FT B1 S1 0.99 (1% богатая), что почти идеально. Блок управляет составом смеси близко к стехиометрической. Падение напряжения датчика на экране сканера (от 3.30 до 2.80)  говорит об обогащении смеси (дефицит кислорода). Увеличение напряжения (от 3.30 до 3.80) есть признак обеднения смеси (избыток кислорода). Это напряжение нельзя снять осциллографом, как у обычного датчика О2 .

Напряжение на контактах датчика относительно стабильно, а напряжение на сканере будет изменяться в случае значительного обогащения или обеднения смеси, регистрируемого по составу выхлопных  газов.

На экране мы видим ,что смесь обогащена на 19%, показания датчика на сканере 2.63В.

   На этих скриншотах хорошо видно, что блок всегда отображает реальное состояние смеси.  Значение параметра AF FT B1 S1   и есть лямбда.   

          

INJECTOR................. 2.9ms

ENGINE SPD.............. 694rpm

AFS B1 S1................ 3.29V

SHORT FT #1............... 2.3%

LONG FT #1................ 4.6%

AF FT B1 S1............... 0.99

What type of exhaust? 1% rich

Snapshot #3

INJECTOR................. 2.3ms

ENGINE SPD............. 1154rpm

AFS B1 S1................ 3.01V

SHORT FT #1.............. -0.1%

LONG FT #1................ 4.6%

AF FT B1 S1............... 0.93

What type of exhaust? 7% rich

Snapshot #2

INJECTOR................. 2.8ms

ENGINE SPD............. 1786rpm

AFS B1 S1................ 3.94V

SHORT FT #1.............. -0.1%

LONG FT #1............... -0.1%

AF FT B1 S1............... 1.27

What type of exhaust? 27% lean

 

Snapshot #4

INJECTOR................. 3.2ms

ENGINE SPD.............. 757rpm

AFS B1 S1................ 2.78V

SHORT FT #1.............. -0.1%

LONG FT #1................ 4.6%

AF FT B1 S1............... 0.86

What type of exhaust? 14% rich

Некоторые сканеры   OBD II поддерживают параметр широкополосных датчиков на экране, отображая напряжение от 0 до 1 вольта. То есть заводское напряжение датчика делится на 5. На таблице видно как определять соотношение смеси по напряжению датчика, отображаемому на экране сканера

Mastertech

Toyota

2.5 volts

3.0 volts

3.3 volts

3.5 volts

4.0 volts

 

p> OBD II

Scan Tools

0.5 volts

0.6 volts

0.66 volts

0.7 volts

0.8 volts

 

Air:Fuel

Ratio

12.5:1

14.0:1

14.7:1

15.5:1

18.5:1

 

Обратите внимание на верхний график, который показывает напряжение широкополосного датчика. Оно почти всё время находится около 0.64 вольта (умножим на 5,получим 3.2 вольта). Это для сканеров не поддерживающих широкополосных датчиков и работающих по версии EASE Toyota software.

Устройство и принцип работы широкополосного датчика.

Устройство очень похоже на обычный датчик кислорода. Но датчик кислорода генерирует напряжение, а широкополосник генерирует ток, а напряжение постоянно(напряжение изменяется только в текущих параметрах на сканере).

Блок управления задаёт постоянную разность напряжений на электродах датчика. Это фиксированные 300 милливольт. Ток будет генерироваться такой, чтобы удерживать эти 300 милливольт, как фиксированное значение. В зависимости от того, бедная смесь или богатая направление тока будет меняться.

На данных рисунках даны внешние характеристики широкополосного датчика. Хорошо видны величины тока при разных составах выхлопного газа. 

 

На этих осциллограммах: верхняя - ток цепи нагрева датчика, а нижняя - управляющий сигнал этой цепи с блока управления. Значения тока более 6 ампер.

 Тестирование широкополосных датчиков.

Датчики четырёхпроводные. На рисунке обогрев не показан.

Напряжение (300 милливольт) между двумя сигнальными проводами не меняется. Обсудим 2 метода тестирования. Так как рабочая температура датчика 650º, во время тестирования цепь обогрева всегда должна функционировать. Поэтому рассоединяем разъём датчика и сразу восстанавливаем цепь обогрева. Подсоединяем к сигнальным проводам мультиметр.

Теперь обогатим смесь на ХХ пропаном или снятием разряжения с вакуумного регулятора давления топлива. На шкале мы должны увидеть изменение напряжения как при работе обычного датчика кислорода. 1 вольт - максимальное обогащение.

Следующий рисунок показывает реакцию датчика на обеднение смеси, посредством отключения одной из форсунок).Напряжение при этом снижается с 50 милливольт до 20 милливольт.

Второй способ тестирования требует другого подключения мультиметра. Включаем прибор в линию 3.3 вольта. Соблюдаем полярность как на рисунке (красный + , чёрный –).

Положительные значения тока отображают обеднённую смесь, отрицательные значения говорят об обогащённой смеси.

При использовании графического мультиметра получается вот такая кривая тока (изменение состава смеси инициируем дроссельной заслонкой).Вертикальная шкала ток, горизонтальная время

На этом графике отображается работа двигателя с отключенной форсункой, смесь бедная. В это время на сканере отображается напряжение 3.5 вольта для испытуемого датчика. Вольтаж выше 3.3 вольта говорит о бедной смеси.

Горизонтальная шкала в миллисекундах.

Здесь форсунка снова включена и блок управления старается выйти на стехиометрический состав смеси.

Так выглядит кривая тока датчика при открытии и закрытии дросселя со скорости 15 км/ч.

А такую картинку можно воспроизвести на экране сканера для оценки работы широкополосного датчика, используя параметр его напряжения и МАФ сенсора. Обращаем внимание на синхронность пиков их параметров во время работы.


John Thornton, 
Underhood Service, 
January 2002

Адрес статьи:
http://www.lindertech.com/

Перевод с английского

Большая заочная Признательность 
Автору статьи за столь Полное и 
Информативное изложение материала.

Автокниги по ремонту Toyota (Тойота) на русском языке

autodata.ru

Датчик кислорода:назначение,виды,устройство,фото,принцип работы | АВТОМАШИНЫ

Кислородный датчик — устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

Содержание статьи

  • Типы датчиков кислорода
  • Циркониевый
  • Титановый
  • Широкополосный
  • Основные положения и функции Кислородного датчика : Теория.
  • Конструкция и принцип работы кислородного датчика
  • Принцип работы кислородного датчика на языке автомобилистов ( основные моменты):
  • Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения
  • Электронная проверка лямбда зонда
  • Замена лямбда зонда
  • Вопрос — ответ
    • Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора:описание,фото
    • Подвеска МакФерсон (McPherson): устройство,описание,назначение,фото
    • Датчик детонации:описание,виды,устройство,принцип работы
    • Вариатор:описание,фото,принцип работы,устройство,виды

Типы датчиков кислорода

Циркониевый датчик стоит впереди катализатора и сам генерирует напряжение, либо отрицательное, либо положительное. Опорное напряжение такого датчика составляет 0,45 В, которое отклоняется либо до 0,9 В, либо до 0,1 В. Главное отличие такого датчика от титанового является именно тот факт, что циркониевый самостоятельно генерирует напряжение.

При ремонте стоить помнить, что к такому датчику ни в коему случае нельзя припаивать какие попало провода, потому что именно в изоляции проложены каналы для прохождения эталонного воздуха. Если такового не будет, то датчик попросту не будет правильно работать.

Широкополосный датчик – это новейшая конструкция лямбда-зонда на данный момент. Его устройство позволяет не просто определять бедную или богатую смесь на входе в цилиндры, но так же и определять степень отклонения. Именно такие параметры сделали его более точным, в то же время широкополосный кислородный датчик быстрее реагирует на изменения состава выхлопных газов.

Всем известно, что любой кислородный датчик начинает работать только после 350 градусов. Здесь же для более быстрого достижения рабочей температуры устанавливается нагревательных элемент.

Циркониевый

Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).

Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)

Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.

Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.

Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.

Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода

Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.

По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:

  1. В однопроводном датчике существует единственный сигнальный провод. Контакт на массу осуществляется через корпус.
  2. Двухпроводное устройство оснащено сигнальным и заземляющим проводами.
  3. Трёх- и четырёхпроводные датчики снабжены системой нагрева, управляющим и заземляющим проводами к ней.

Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики

Титановый

Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика — 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.

Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.

Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)

Широкополосный

Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):

  • Измерительной;
  • Насосной.

В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси — пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.

Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6

Основные положения и функции Кислородного датчика :
Теория.

Жесткие экологические нормы во многих странах мира, стали диктовать количество выбросов вредных веществ, тем самым узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе – катализаторы) – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Катализатор — нужный и ответственный узел автомобиля, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси катализатор умрёт ( потеряет свои основные свойства и функции) очень быстро – для того чтобы, как можно дольше продлить его жизнь и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы L (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива (речь идет о объемном соотношении величин), L равна 1 (график 1). «Окно» эффективной работы катализатора очень узкое: L=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда. Таким образом, Лямбда зонд создан и поставлен инженерами для информирования компьютера, инжекторного автомобиля об отклонении от нормы соотношения топливно воздушной смеси.

График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (L)

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом ( причем этот способ не является обходным путем, а дает уверенно точные показания ) – определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором.

Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. Таким образом, происходит регулировка не воздуха, а именно топлива, относительно воздуха, тем самым достигается максимальный процент сгорания топлива в цилиндрах, максимально эффективная работа катализатора, и как следствие максимальный крутящий момент двигателя автомобиля.

Причем на большинстве современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд, так же возможна установка дополнительных датчиков работающих в связке (например датчик температуры катализатора, расположен он на выходе катализатора). Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).

Рис. 1. Схема L-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя 1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок управления двигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 – дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Конструкция кислородного датчика

Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них — датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

  • Наружный электрод — осуществляет контакт с выхлопными газами.
  • Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
  • Нагревательный элемент — используется для подогрева кислородного датчика и более быстрого вывода его на рабочую температуру (около 300 °C).
  • Твердый электролит — расположен между двумя электродами (диоксид циркония).
  • Корпус.
  • Защитный кожух наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для проникновения отработавших газов.
Устройство наконечника лямбда-зонда

Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

Принцип работы кислородного датчика на языке автомобилистов ( основные моменты):

Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около 400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае если смесь бедная, содержание кислорода в отработавших газах высокое. При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В).

В случае если смесь богатая, то содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В). Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения.

Поэтому данный датчик в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода известен как узкополосный. Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но с одним очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения

Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда — это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:

  • резкий рост оборотов до максимальных значений и мгновенное отключение мотора;
  • ухудшение качества подаваемой в цилиндры смеси, снижение полноты сгорания;
  • колебания оборотов холостого хода;
  • значительное снижение мощности при увеличении оборотов;
  • сбои в работе электронных блоков из-за задержек в подаче сигналов с датчика;
  • движение автомобиля рывками;
  • появление в двигательном отсеке звуков, которые нехарактерны при нормальной работе мотора;
  • поздний впрыск при нажатии педали.

Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.

Электронная проверка лямбда зонда

Узнать о состоянии лямбда зонда можно путем его проверки на профессиональном оборудовании. Для этого используется электронный осциллограф. Некоторые специалисты определяют работоспособность кислородного датчика при помощи мультиметра, однако, он способен только констатировать или же опровергнуть факт его поломки.

Проверяется устройство во время полноценной работы двигателя, так как в состоянии покоя датчик не сможет полностью передать картину своей работоспособности. В случае даже незначительного отхождения от нормы, лямбда зонд рекомендуется заменить.

Замена лямбда зонда

В большинстве случаев такая деталь, как лямбда зонд не подлежит ремонту, о чем свидетельствуют утверждения о невозможности произведения ремонта от многих автомобильных производителей. Однако, завышенная стоимость такого узла у официальных дилеров отбивает всякую охоту его приобретения. Оптимальным выходом из сложившейся ситуации может стать универсальный датчик, который стоит гораздо дешевле родного аналога и подходит практически всем автомобильным маркам. Также в качестве альтернативы можно приобрети датчик бывший в использовании, но с продолжительностью гарантийного периода или же полностью выпускной коллектор с установленным в него лямбда зондом.

Однако, бывают случаи, когда лямбда зонд функционирует с определенной погрешностью из-за сильного загрязнения в результате оседания на нем продуктов сгорания. Для того чтобы убедиться, что это действительно так, датчик необходимо проверить у специалистов. После того как проверка лямбда зонда состоялась и подтвержден факт его полной работоспособности, его нужно снять, почистить и установить обратно.

Для того чтобы демонтировать датчик уровня кислорода, необходимо прогреть его поверхность до 50 градусов. После снятия, с него снимается защитный колпачок и только после этого можно приступать к очистке. В качестве высокоэффективного очищающего средства рекомендуется использовать ортофосфорную кислоту, которая с легкостью справляется даже с самыми стойкими горючими отложениями. По окончании процедуры отмачивания, лямбда зонд ополаскивается в чистой воде, тщательно просушивается и устанавливается на место. При этом не стоит забывать о смазке резьбы специальным герметиком, который обеспечить полную герметичность.

Устройство автомобиля очень сложное, поэтому он нуждается в постоянной поддержке работоспособности и проведении своевременных профилактических работ. Поэтому в случае возникновения подозрений о неисправности лямбда зонда, необходимо незамедлительно произвести диагностику его работоспособности и в случае подтверждения факта выхода из строя, заменить лямбда зонд. Таким образом, все важнейшие функции транспортного средства будут сохранены на прежнем уровне, что станет гарантом отсутствия дальнейших проблем с двигателем и прочими важными элементами автомобиля.

Вопрос — ответ

В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.

B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.

B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.

Ассортимент кислородных датчиков

• 412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
• Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух — топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
• Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
• Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.

В DENSO решили проблему качества топлива!

Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации.

При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.

В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.

В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух — топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух — топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь).

ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух — топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.

Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора:описание,фото
Подвеска МакФерсон (McPherson): устройство,описание,назначение,фото
Датчик детонации:описание,виды,устройство,принцип работы
Вариатор:описание,фото,принцип работы,устройство,виды

seite1.ru

инфа про лямбда зонд! — DRIVE2

Лямбда-зонд, что это такое, для чего он нужен и как его проверить?

Лямбда-зонд. Агент экологической разведки

О назначении лямбда-зонда, или кислородного датчика, сегодня хотя бы приблизительно знает большинство автовладельцев. Пополнить багаж знаний позволит информация, предоставленная российским представительством группы компаний Bosch.

Принцип действия лямбда-зонда

При сгорании в бензиновом двигателе происходит физико-химический процесс, в ходе которого углеводородные молекулы топлива реагируют с кислородом, содержащимся в поступающем воздухе. Возникающие при этом химические соединения на 99% безвредны (азот, углекислый газ, водяной пар), но оставшийся процент содержит вредные элементы, такие, как угарный газ CO, несгораемые углеводороды HC и окиси азота NOx. Одной из целей развития автомобильных технологий является устранение этих компонентов эмиссии в максимально возможной степени. Ключевыми факторами при этом являются оптимизация процесса сгорания в двигателе и система очистки выхлопа.

Трехканальный каталитический конвертер по-прежнему остается наиболее эффективным средством преобразования HC и CO в безопасные воду и углекислый газ (окисление) и NOx в азот (восстановление) в бензиновых двигателях. В то же время катализатор работает только в узком диапазоне пропорций воздушно-топливной смеси, близком к 14,7:1 (λ=1). Если смесь перенасыщена топливом (λ«1), коэффициент преобразования NOx остается высоким, но CO и HC окисляются недостаточно. Если смесь слишком бедная (λ>1), ситуация меняется на противоположную.

Для поддержания оптимальной пропорции воздушно-топливной смеси необходим датчик, передающий сведения о составе выхлопных газов в систему управления двигателем. Именно для этого служит лямбда-зонд, измеряющий остаточное содержание кислорода в выхлопном газе и передающий эти данные в блок управления в форме электрического сигнала. В зависимости от сигнала воздушно-топливная смесь обогащается или обедняется. В дизельных двигателях лямбда-зонд выполняет другую функцию: вместе с массовым расходомером воздуха он помогает точно определять степень рециркуляции выхлопных газов для каждого рабочего режима.

Типы зондов

За последние тридцать лет получили распространение два типа лямбда-зондов — стоковые LSH и LSF и широкополосные LSU. В стоковых выхлопные газы проходят по внешней стороне керамического измерительного элемента, внутри которого находится эталонный воздух. В зависимости от остаточного содержания кислорода в выхлопе, на двух полюсах сенсорного элемента возникает разная концентрация молекул кислорода. Поскольку керамический датчик пропускает ионы кислорода, они могут перемещаться между двумя сторонами сенсорной ячейки, создавая электрическое напряжение. Стоковые датчики генерируют высокое напряжение (около 0,9 В) при насыщенной смеси (низкое содержание остаточного кислорода в выхлопных газах) и низкое (около 0,1 В) — при бедной смеси (высокое содержание кислорода). Скачок напряжения между отдельными уровнями происходит при λ=1. Классический стоковый зонд с подогревом или без представляет собой так называемый контактный датчик. В 1994 г. компания Bosch первой в мире начала на базе керамической планарной технологии серийный выпуск стоковых зондов, устойчивых к высоким температурам и воздействиям окружающей среды. Современное поколение зондов LSF4.2 отличается быстрым временем реагирования, готовностью к работе через 10 секунд после пуска двигателя и долгим сроком службы.

Широкополосные зонды, выпускающиеся с 1998 г., отличаются от стоковых более широким диапазоном измерения и производятся исключительно на базе планарной технологии. Принцип действия широкополосного зонда основан на постоянном поддержании значения λ=1 в измерительной камере при помощи насосного тока. Измерительная камера отделена от потока выхлопных газов пористым диффузионным барьером. При насыщенной смеси в измерительную ячейку накачивается кислород, для чего к насосной ячейке подводится «отрицательный» ток. При λ=1 насосный ток равен нулю. При обедненной смеси кислород выкачивается из измерительной ячейки «положительным» током.

Исходящий сигнал широкополосного зонда пропорционален остаточному содержанию кислорода в выхлопных газах. Такие датчики необходимы, прежде всего, в бензиновых двигателях с прямым впрыском на обедненных смесях, а также в газовых и дизельных двигателях, чтобы блок управления двигателем мог получать точные данные о составе смеси даже при λ>1. Последнее поколение широкополосных зондов Bosch, LSU4.9, поддерживает диапазон измерений при значениях от 0,7 до бесконечности, а также отличается высоким уровнем точности сигнала и временем реагирования менее 30 мс. Благодаря этому возможен индивидуальный контроль состава смеси для каждого цилиндра и, как следствие, более экономичная и экологичная работа двигателя. Полная готовность датчика к работе достигается в течение менее 10 секунд после пуска двигателя, что позволяет еще больше сократить вредные выбросы в фазе прогрева.

Текущие разработки

Лямбда-зонды Bosch© Фото: BoschСтоковые и широкополосные зонды еще долго будут использоваться в современных транспортных средствах, при этом выбор типа датчика автопроизводителем будет зависеть от конструкции двигателя и профиля требований. В некоторых случаях могут применяться комбинации зондов обоих типов. Например, с широкополосным датчиком перед катализатором и стоковым после него.

Лямбда-зонды непрерывно совершенствуются: в настоящее время специалисты Bosch разрабатывают передовой широкополосный датчик с расширенным диапазоном измерения, сокращенным временем реагирования и намного более долгим сроком службы. Новый зонд под условным названием LSU ADV должен поступить в серийное производство в 2007 г. По заявлениям Bosch, он способен обнаруживать остаточное содержание кислорода в выхлопных газах уже при λ=0,65, время реагирования составляет менее 30 мс, а в рабочее состояние зонд приходит всего за 5 секунд. Разработчики компании утверждают, что характеристики зонда LSU ADV делают возможными совершенно новые функции и способы применения, например мониторинг насоса дополнительного воздуха в фазе прогрева или монтаж зонда перед турбокомпрессором. Установка датчика рядом с двигателем позволяет еще точнее контролировать состав смеси индивидуально для каждого цилиндра. Другие направления совершенствования лямбда-зонда — повышение водостойкости и миниатюризация, связанная с постоянным сокращением монтажного пространства в современных автомобилях.

Справка

Группа компаний Bosch является ведущим международным производителем автомобильного и промышленного оборудования, потребительских и бытовых изделий. Объем продаж корпорации, штат которой насчитывает около 250 тысяч сотрудников, составил в 2005 финансовом году 41,5 млрд евро. Основанная Робертом Бошем (1861–1942) в 1886 году в Штутгарте под названием «Мастерская точной механики и электротехники», компания в настоящее время является крупнейшим концерном в области производства, сбыта и технического обслуживания, насчитывая около 270 дочерних компаний и свыше 12 тысяч сервисных центров в более чем 140 странах.

Особая учредительская структура группы компаний Bosch гарантирует ее финансовую независимость и свободу предпринимательства. Она позволяет компании осуществлять необходимые инвестиции, обеспечивающие ее будущее, а также выполнять все социальные обязательства, как было завещано ее основателем. 92% Robert Bosch GmbH принадлежат благотворительному фонду Robert Bosch Stiftung. Предпринимательская деятельность осуществляется компанией Robert Bosch Industrietreuhand KG.

В России в 1904 году было открыто одно из первых зарубежных представительств компании. В настоящее время Bosch представлена пятью компаниями и производственными филиалами в 14 городах Российской Федерации с общим штатом 1720 человек. Bosch представляет в России широкую линейку высококачественных продуктов: от автомобильных запчастей, диагностического оборудования и электроинструментов до бытовой техники, систем безопасности и промышленного оборудования.

В 2005 году консолидированные продажи на российском рынке увеличились с ?248 млн до ?287 млн. Общие продажи за прошедший финансовый год, включая показатели неконсолидированных предприятий, возросли с ?321 млн до ?402 млн.

www.5koleso.ru

www.drive2.ru

Его Величество — Датчик Кислорода! — DRIVE2

И так, датчик кислорода, или как его еще любят называть — лямбда зонд, или просто лямдбда.
Что это за датчик, каких он бывает видов, для чего предназначен и т.д. я и попытаюсь рассказать в этом посте.

Датчики кислорода (далее ДК) делятся на две категории: Узкополосные датчики кислорода, и широкополосные датчики кислорода. Оба они служат одной единственной цели — контроль состава отработанных газов! Зачем? -спросите Вы, ведь от них одни только проблемы! А многие автолюбители скажут что имели множество проблем, пока не отключили этот датчик перепрошивкой ЭБУ… На самом деле — это очень нужный датчик, и выполняет он очень важную роль!
Мои подписчики уже знают что такое ДМРВ (датчик массового расхода воздуха), и знают как ЭБУ рассчитывает необходимое количество топлива для каждого цикла… Так вот, если взять во внимание технические свойства основного датчика, участвующего в расчете подачи топлива (ДМРВ), то не сложно догадаться, что со временем этот датчик просто начинает врать… Причин тому может быть несколько, но все они приводят к тому, что показания ДМРВ — отличаются от фактической массы потребляемого воздуха! Это называется "уход характеристик" или "сдвиг характеристик", и практически не диагностируется средствами самодиагностики ЭБУ. Вот тут то и приходит на помощь обратная связь по ДК! Дело в том, что датчик кислорода (что следует из его названия), определяет количество кислорода в отработанных газах. Анализируя выхлопные газы, а точнее количество кислорода в выхлопных газах, можно с высокой точностью определить состав сгоревшей смеси!

Все мы помним, что стехиометрическая смесь, это когда на на одну часть бензина приходится 14,7 частей воздуха. Такое соотношение позволяет всему топливу сгореть израсходовав весь кислород. При этом меньше всего выделяется вредных газов в выхлопе. Так вот. Во первых, не всегда в воздухе 21% кислорода, а во вторых — "уход характеристики" ДМРВ — тоже имеет место быть!
Анализируя показания ДК ЭБУ видит РЕАЛЬНУЮ смесь, и постоянно ее корректирует, чтобы добиваться как можно более точного соответствия стехиометрии!

Узкополосный ДК имеет всего два состояния "1" и "0". "Активное", или "пассивное", "да" или "нет" — не важно! Главное, что ДК меняет свое состояние когда обнаруживает в составе выхлопных газов свободный кислород! Именно на эти данные и опирается ЭБУ, корректируя рассчитанный по ДМРВ (ДТВ и ДТОЖ) состав смеси. Если ДК говорит что смесь "богатая", то ЭБУ ее обедняет пока ДК не начнет говорить что она "бедная". Как только поступает сигнал о "бедной" — ЭБУ тут же начинает ее "богатить". И так происходит постоянно! Именно такой подход позволяет ЭБУ контролировать смесь в узком диапазоне, около стехиометрического.
А теперь представьте себе, что этого датчика просто нет… ЭБУ формирует смесь "вслепую", полагаясь лишь на показания ДМРВ, и температуры. Ср временем точность ДМРВ неизбежно снижается, и это приводит к нарушению состава смеси, со всеми отсюда вытекающими!
Назначение ДК и его роль в формировании состава смеси мы рассмотрели, и теперь перейдем к его устройству.
Для начала рассмотрим устройства узкополосных ДК. Как правило, они бывают двух видов: одни основаны на диоксиде циркония, а вторые на оксиде титана.
Самые распространенные на сегодняшний день (да и самые бюджетные) — это ДК на основе оксида циркония. Эти датчики устанавливаются на подавляющее большинство автомобилей и по сегодняшний день. Принциип действия такого этих датчиков очень схож, и различия лишь в используемых элементах. В качестве примера рассмотрим ДК на основе диоксида циркония, т.к. именно эти датчики получили самое широкое распространение:
На слой керамики, состоящей из диоксида циркония (ZrO2) и оксида иттрия (Y2O3), выполняющей роль "твердого электролита" — с обеих сторон наносится слой благородного металла (чаще всего платины). При достижении температуры 300-350 градусов, керамика (ZrO2 + Y2O3) начинает проводить через себя ионы кислорода… Конструкция датчика такова, что одна сторона чувствительного элемента (электрода, в виде напыленной платины) омывается выхлопными газами, а второй электрод — воздухом с улицы. Разница напряжения на этих датчиках и позволяет увидеть разницу в количестве кислорода.

Конструкция широкополосного ДК несколько сложнее, но это лишает его дискретности — т.е. датчик видит реальный состав смеси, а не "богатая" и "бедная". ШДК конкретно определяет КОЛИЧЕСТВО кислорода, и по этим данным можно определить любую смесь, с любым соотношением воздух\топливо. Такими датчиками, как правило, оборудуют более дорогие автомобили.

В системах Евро-3 и выше устанавливают два ДК. Первый (по ходу выхлопных газов) ДК играет ту же роль (контроль состава смеси по количеству кислорода), а второй устанавливается после каталитического нейтрализатора, и предназначен для его контроля, а в конфигурации состава смеси не участвует вообще.
Конструкцию и принцип действия каталитического нейтрализатора мы рассмотрим в следующих постах, так что ставим лайки, подписываемся на блог — чтобы не пропустить ничего интересного!

www.drive2.ru

Диагностика по широкополосным лямбда-зондам

В предыдущих статьях мы рассмотрели назначение, принципы работы и способы проверки «скачковых» датчиков кислорода (лямбда-зондов). Также были рассмотрены те возможности в поиске дефектов (диагностике) топливной системы автомобиля, которые открывает правильный анализ показаний этих датчиков.

Но все мировые автопроизводители постепенно отказываются от них и переходят на так называемые «широкополосные» лямбда-зонды. Почему так происходит? И чем плохи датчики, которые верой и правдой служили на протяжении многих лет? Чтобы ответить на данный вопрос, нам необходимо вернуться в прошлое и посмотреть, как развивалась борьба за экологию.

До 60-х годов прошлого века об экологии никто не думал. Автомобилей было мало, их «вклад» в загрязнение атмосферы был незначительным. Все изменилось во время автомобильного бума начала 60-х. Первым от «чуда» современной цивилизации под названием «автомобиль» пострадал американский штат Калифорния. Не очень удачное географическое положение и крайне неблагоприятная «роза ветров» - он очень плохо продувается, и людям от выхлопных газов просто стало нечем дышать. Был принят ряд законов, обязывающих автопроизводителей повышать качество выпускаемых автомобилей по экологическим параметрам. До недавнего времени это был громадный рынок сбыта автомобилей.

На нем торговали все мировые производители. А законы рынка очень жестоки – хочешь торговать на моем рынке, выполняй поставленные условия. Таким образом, требования законодательства Калифорнии распространились на весь мир. Отдельно хочется отметить рынок Европы. Тут «роза ветров» более благоприятная, экологические требования к автомобилям более мягкие. И стандарты по экологии сразу разделились на «американские» - более жесткие и «европейские» - чуть более мягкие. На данное время автомобильные рынки Старого и Нового Света практически заполнены. По расчетам аналитиков, свободные ниши имеются пока в России и Китае. Поэтому к рынкам этих стран приковано пристальное внимание всех автопроизводителей мира. До недавнего времени экологии на этих рынках придавалось незначительное значение. Но вступление России в ВТО потребовало ужесточения экологических норм для выпускаемых в стране автомобилей. Как же выполнить все более ужесточающиеся международные экологические требования?

Вредные выбросы - это несгоревшее топливо. При полном сгорании углеводородов всего топлива образуется только СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода). Если топливо сгорает не полностью, в выхлопе образуются продукты неполного сгорания. Пресловутые СО и СН. Ну, а если топливо полностью не сгорает, что происходит с крутящим моментом? Правильно – он падает! Что происходит с расходом топлива (если вы просто выливаете его в выхлопную трубу)? Правильно – он растет! И вот здесь полностью пересеклись интересы экологов, производителей автомобилей и специалистов автосервисов. Исправный автомобиль имеет прекрасную динамику, низкий расход топлива и еще атмосферу не загрязняет! От чего зависит крутящий момент, расход топлива и вредные выбросы? Основное требование – система управления двигателем должна поддерживать стехиометрический состав смеси. По современным стандартам отклонение не должно превышать 2%. Для контроля над этим параметром как раз и служат датчики кислорода в выхлопе.

Начало широкого применения лямбда-зондов в автомобилестроении было положено еще в конце 70-х годов прошлого столетия. Появление «скачковых» датчиков кислорода позволило на тот момент решить эту задачу. Но для выполнения норм Евро-4 и Евро-5 точность этих датчиков перестала удовлетворять производителей. Их недостатком явилось то, что состав смеси они определяют только по наличию кислорода в выхлопе. Нет кислорода – либо стехиометрия, либо богатая смесь. Есть кислород – бедная смесь. Работают по принципу «да–нет». Системе лямбда - регулирования постоянно приходится чуть добавлять и убавлять топливо, чтобы понять, находится ли система в зоне стехиометрии. Это приводит к некоторой задержке реакции системы при возникновении неизбежных отклонений и имеет определенную погрешность при измерении их величин. Для увеличения точности потребовались датчики, которые могут определить избыток или нехватку кислорода в процентах. Так появились широкополосные датчики кислорода. При возникновении малейшего отклонения от правильного состава смеси они моментально дают блоку управления двигателя указание внести поправки и указывают их величину с достаточно большой точностью. На данный момент широкополосные датчики занимают лидирующее положение в автомобилестроении.

Для рассмотрения принципов работы широкополосных датчиков кислорода обратимся к ставшему уже классическим описанию, данному фирмой Bosch в конце прошлого столетия и вошедшему практически во все учебные пособия и публикации в СМИ и в Интернете. К сожалению, данное описание не дает понимания алгоритмов их работы и (судя по вопросам на форумах) не всегда понятно специалистам автосервисов. Попробуем исправить эту ситуацию.

Условно систему лямбда - регулирования с широполосным датчиком кислорода можно разделить на 4 зоны (см. рис.1). Зона А – ионный насос, зона В – «скачковый» лямбда – зонд (элемент Нернста), зона С – разъем и проводка, зона D – блок управления двигателем (ЭБУ) 4.

               

                                                                                   Рисунок 1

Выхлопные газы 1 из выхлопной трубы 2 через канал поступают в диффузионную щель 6. Здесь они подвергаются каталитическому дожиганию (как в обычном катализаторе), и здесь же (в зависимости от первоначального состава смеси в двигателе) образуется либо избыток, либо недостаток кислорода. Поскольку толщина щели невелика – около 50 мкм, процесс происходит очень быстро. Но для протекания реакции каталитического дожигания нужна температура (в зависимости от конструкции – от 200 до 300 градусов Цельсия). Учитывая тот факт, что температура отработавших газов (ОГ) на холостом ходу может и не достигать указанных значений, необходимым элементом является нагреватель 3. Непрогретый лямбда-зонд не работоспособен.

Далее в работу вступает элемент Нернста 7 (зона В). Сравнивая состав контрольного воздуха в камере 5 с составом газов в щели 6, он дает информацию ЭБУ о наличии или отсутствии кислорода в ней. Только «да - нет». На основании этих показаний ЭБУ 4 дает команду ионному насосу 8 (зона А):

1. Откачать лишний кислород из щели в выхлопные газы, если избыточный кислород там присутствует. Бедная смесь. Ток положительный.

2. Закачать недостающий кислород в щель, если его там нехватка. Богатая смесь. Ионный насос «отнимает» кислород у продуктов выхлопа и перекачивает его в щель. Ток отрицательный.

3. Ничего не делать, если смесь стехиометрическая. Ток нулевой.

Ток ионного насоса прямо пропорционален разности концентраций кислорода на разных его сторонах. Таким образом, по полярности и величине тока этого элемента сразу же определяется состав смеси. Получив указание от ЭБУ, ионный насос пытается привести состав ОГ в щели, соответствующий стехиометрии. По его току ЭБУ понимает, куда и насколько отклонилась смесь, и сразу принимает меры по корректировке времени впрыска в ту или иную сторону. Колебания смеси ему не нужны – ЭБУ сразу видит абсолютные величины отклонений и выводит стехиометрию в идеал.

С началом применения широкополосных лямбда– зондов работа диагностов значительно облегчилась. Такой прибор, как газоанализатор, стал попросту ненужным. Если ЭБУ выводит показания в виде тока, то «нулевой» ток говорит о том, что системе лямбда-регулирования удалось вывести стехиометрию. По показанию коррекции смотрим, какой ценой и в какую сторону ему это удалось (см. рис. 2).

                       

                                                                                            Рисунок 2

Если ток не нулевой, это означает, что системе вывести стехиометрию не удалось. Причин тут две:

1. Неисправен сам лямбда-зонд. Как показывает практика, код ошибки в этом случае возникает крайне редко. Причина проста – чтобы проверить исправность датчика, ЭБУ обязан включить систему мониторинга, т.е. принудительно обогатить или обеднить смесь. А это приводит к нарушению экологии! Поэтому мониторинг зонда проводится нечасто. Например, два автомобиля Opel Vectra, оборудованные системой впрыска Bosch и принимавшие участие в съемках фильма ОРТ «Левый автосервис», обнаружили отказ этого датчика только через несколько часов после его возникновения.

2.Дефект критичен. Система корректировки по лямбда-зонду уже дошла до пределов своей регулировки, но смесь по-прежнему отклоняется от стехиометрии. В этом случае возможен код «Превышение пределов топливной коррекции».

Действия диагноста в этих случаях таковы:

1. Проверка самого лямбда-зонда.

2. Если зонд исправен, определяем состав смеси. Стандарт OBD2 гласит однозначно: положительный ток – бедная смесь. Отрицательный ток – смесь богатая. График зависимости тока от состава смеси приведен на рис.3. Ну а причины и способы устранения отклонения состава смеси достаточно подробно описаны в учебных пособиях. Не будем повторяться.

                            

                                                                                              Рисунок 3

Так выглядит идеальная картинка. Реалии куда более сложнее. Итак, давайте рассмотрим те «подводные камни», которые нас ждут при анализе показаний широкополосного лямбда-зонда.

Первый «подводный камень»: не все производители придерживаются стандарта. Очень часто ко мне приезжали автомобили, на которых стандарт был нарушен - положительный ток соответствовал богатой смеси, отрицательный – бедной. Но не стоит сразу винить производителей этих датчиков. Полярность тока зависит только от схемотехники и программного обеспечения ЭБУ.

ПРОВЕРКА: Необходимо в воздухозаборник работающего автомобиля добавить немного горючего вещества (принудительно обогатить смесь). На нашем автотехцентре мы используем обычный очиститель карбюратора. При наличии изменений показаний датчика однозначно говорим о его исправности и определяем, в какой полярности выводятся его показания на экран сканера.

Самый сложный случай, когда при этой проверке реакции широкополосного лямбда-зонда нет. Однозначного ответа – где дефект, дать невозможно. Вернемся опять к рис.1 .

Дефект возможен в зонах А и В (сам датчик), зоне С (проводка) либо в самом ЭБУ – зона D. В большинстве сервисов предлагают замену датчика, как наиболее вероятную причину. Но учитывая его стоимость, есть смысл обратиться к зоне С (проводке и разъему) для более глубокого поиска дефекта.

Pin 1. Ток ионного насоса. Проводится миллиамперметром на 10 mA и в большинстве случаев этот замер затруднителен.

Pin 2. Масса. Отклонение от «массы» двигателя не более 100 mV. Если «масса» идет с ЭБУ, возможно наличие смещения, заложенного производите- лем. Необходимо свериться с мануалами.

Pin 3. Сигнал элемента Нернста. При отключенном разъеме должен составлять 450 mV. При подключенном разъеме – напряжение должно находиться в пределах 0…1v. Но некоторые производители могут отклоняться от этого правила. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность этой цепи.

Pin 4 и 5. Напряжение подогревателя. На современных автомобилях управляется с помощью Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). Проверка необязательна, ибо в случае ее отказа код ошибки с Р0036 по Р0064 (Heater Control HO2S) пробивается практически моментально.

Второй «подводный камень»: ЭБУ не может «понимать» ток. Его входные цепи способны оцифровывать только напряжения. И блоки управления начинают выводить на сканер не ток, а падение напряжения на каком-то нагрузочном сопротивлении в ЭБУ. В зависимости от схемотехники блока оно в норме может иметь абсолютно разное значение. В потоке данных выводится не ток, а какое-то абстрактное напряжение. Мануалы на конкретный автомобиль его указывают.

Но способы проверки точно такие же. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность датчика, а просмотр топливной коррекции позволяет понять, в каком состоянии находится система топливоподачи автомобиля.

Третий «подводный камень»: большинство широкополосных датчиков не взаимозаменяемы. Реклама настойчиво предлагает разнообразный выбор. На форумах часто звучат вопросы: «Какой датчик лучше поставить?». Как быть рядовому потребителю? Что выбрать?

Ответ дают сами производители автомобилей. Ставить нужно только те датчики, которые рекомендовал завод-изготовитель. В противном случае, производитель не в состоянии гарантировать правильную работу системы.

«Компания NGK Spark Plug Co., Ltd стала одним из пионеров в области лямбда-регулирования в начале 1980-х годов, когда на рынке был представлен регулируемый катализатор. Сегодня ассортимент продукции, выпускаемой под маркой NTK, включает цирконий-оксидные, титановые, широкополосные лямбда-зонды и покрывает порядка 7600 модификаций автомобилей. Все лямбда-зонды соответствуют спецификации оригинальной комплектации (в том числе по длине проводов, штекерам и электрическим параметрам), что гарантирует простоту установки и безупречную эксплуатацию. Каждый лямбда-зонд NTK обеспечивает оптимальные рабочие условия для функционирования катализатора, идеальное образование смеси, а также способствует сокращению выброса вредных веществ и поддержанию расхода топлива на минимальном уровне. Любой автомобиль, оснащённый регулируемым катализатором, имеет, как минимум, один кислородный датчик. Современным же автомобилям требуется не менее двух датчиков. Широкополосные датчики могут регулировать соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси в широком диапазоне, что особенно важно для современных двигателей, работающих на обеднённых смесях, при значениях лямбда гораздо больше чем 1».

Автор: Федор Рязанов
15.05.2014 г.

injectorcar.ru

Широкополосный лямбда-зонд – особенности работы и диагностика

Широкополосный лямбда-зонд обеспечивает формирование правильной топливно-воздушной смеси в современных двигателях с системой впрыска.

 

Если этот датчик не работает должным образом, то обеспечение современных экологических норм будет невозможным. 

Лямбда-зонд измеряет остаточное содержание кислорода в выхлопных газах и сравнивает его с содержанием кислорода в окружающем воздухе. В результате блок управления двигателем способен регулировать количество впрыскиваемого топлива таким образом, чтобы обеспечивался оптимальный состав топливовоздушной смеси. Это является необходимым условием для эффективной работы каталитического нейтрализатора выхлопных газов. Обычные однополосные лямбда-зонды с технологией диоксида титана и диоксида циркония обнаруживают только переход от богатой смеси (недостаток воздуха) к обедненной смеси (избыток воздуха) и наоборот.

Поскольку современные дизельные и бензиновые двигатели работают вне стехиометрического соотношения лямбда = 1, были разработаны так называемые широкополосные лямбда-зонды. Широкополосный зонд имеет более широкий диапазон измерения и точно измеряет как в богатых, так и в бедных областях. Широкополосные зонды внутри оснащены двумя ячейками: измерительной и ячейкой накачки. В измерительной ячейке измеряется концентрация кислорода, а затем преобразуется в сигнал напряжения, который сравнивается с опорным напряжением 450 мВ. Если это значение отклоняется от эталонного значения, включается ячейка накачки и ионы кислорода поступают в или из измерительной ячейки для коррекции концентрации кислорода, таким образом, чтобы опорное напряжение поддерживалось на уровне 450 мВ. Значение и полярность электрического тока, требуемого ячейкой накачки для поддержания постоянной концентрации, представляют собой эквивалент концентрации кислорода в смеси. Если лямбда-зонд выходит из строя, сжигание в современном двигателе больше не может контролироваться должным образом, что отрицательно сказывается на составе и эффективности очистки выхлопных газов.

Измерение сигнала и диагностика лямбда-зонда

Чтобы проверить функцию лямбда-зонда, сначала необходимо установить зонд в разъем. В VW Passat B7 с двигателем 1,6 TDI оба расположены непосредственно в моторном отсеке. Чтобы проверить включение нагревательного контура и встроенного нагревательного резистора, необходим мультиметр для измерения напряжения и сопротивления зонда. Для проверки электрического управления нагревательным контуром необходим осциллограф. Наблюдение за работой лямбда-зонда проводят при помощи диагностического устройства. Однако это относится только к бензиновым двигателям, где значение лямбда находится в границах 1 в двигателях с впрыском перед впускным клапаном и может варьироваться в пределах от 0,8 до 2,5 в силовых установках с непосредственным впрыском. В дизелях нет смысла наблюдать за сигналом лямбда-зонда, так как они всегда работают в очень широком диапазоне состава смеси. Значение лямбда в дизеле может изменяться от 1,4 до 12. Используя данные диагностического устройства, теперь можно контролировать ток накачки как положительное или отрицательное значение изменения коэффициента избытка воздуха. Некоторые диагностические устройства также отображают графическое изменение значения коэффициента лямбда на дисплее. Основываясь на полярности (плюс или минус) тока накачки, теперь можно определить, работает ли двигатель с богатой или бедной смесью. Отрицательные значения сигнала указывают на богатую смесь, а положительные - на обедненную. На практике значение лямбда быстро переходит в отрицательный диапазон (богатая смесь). Если убрать ногу с педали акселератора после короткого нажатия, значение лямбда должно быстро перемещаться в положительный диапазон (обедненная смесь). Плохие или аномальные сигналы от широкополосных лямбда-зондов могут иметь много причин и не обязательно должны быть связаны с неисправным лямбда-зондом. Одной из причин может быть неправильное измерение массы воздуха, что приводит к плохому управлению впрыском. Проблемы с топливным насосом и форсунками также могут вызывать неправильные значения. То же самое относится к утечкам воздуха в выхлопной системе или в цепи впуска воздуха, а также к проблемам в системе зажигания. Причиной может быть также плохое состояние двигателя и неисправный клапан EGR.

info-parts.ru


Смотрите также